鄭心銘，張世杰，唐廣輝，紀(jì)文利

(1.中國(guó)鐵路總公司工程管理中心，北京 100844;2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100055)

鐵路路基過(guò)渡段設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策

鄭心銘1，張世杰2，唐廣輝2，紀(jì)文利2

(1.中國(guó)鐵路總公司工程管理中心，北京 100844;2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100055)

路橋、路涵過(guò)渡段是最為常見(jiàn)的過(guò)渡段，對(duì)過(guò)渡段形式選擇、橫斷面設(shè)計(jì)，最小長(zhǎng)度問(wèn)題、過(guò)渡段交叉重疊問(wèn)題、挖方過(guò)渡段、站內(nèi)過(guò)渡段、特殊結(jié)構(gòu)形式過(guò)渡段設(shè)計(jì)等系列問(wèn)題進(jìn)行探討，并給出對(duì)應(yīng)的解決方案。

鐵路路基;過(guò)渡段;設(shè)計(jì);常見(jiàn)問(wèn)題;對(duì)策

1 概況

橋梁與路基的連接處是鐵路路基的薄弱環(huán)節(jié)，一方面由于剛度差別而引起軌道剛度的突變，同時(shí)路基與橋臺(tái)沉降不一致，導(dǎo)致軌面不平順，引起列車(chē)與軌道的相互作用增加，影響列車(chē)高速運(yùn)行。從秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)始，我國(guó)鐵路設(shè)計(jì)速度達(dá)到160 km/h，過(guò)渡段的理念首次提出［1-2］，隨著鐵路等級(jí)和行車(chē)速度的提升，200～250 km/h，300 ～350 km/h，以及無(wú)砟軌道的出現(xiàn)，過(guò)渡段由路基與結(jié)構(gòu)物發(fā)展到路堤與路塹，半填半挖，橋頭與路塹，剛性短路基等多個(gè)樣式，規(guī)范對(duì)填料和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)提出了一定的要求［3-5］，實(shí)際工作中還有許多問(wèn)題值得探討和研究，本文僅就使用最多的路橋、路涵過(guò)渡段在設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行研討。

2 規(guī)范的相關(guān)規(guī)定

各種不同等級(jí)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)過(guò)渡段的要求詳見(jiàn)表1。

3 正梯形和倒梯形的選擇

目前規(guī)范上出現(xiàn)了2種過(guò)渡段形式，即正梯形和倒梯形，從剛性過(guò)渡來(lái)看，2種形式均能滿(mǎn)足過(guò)渡要求，而在實(shí)際工程實(shí)踐中，秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、京滬高速鐵路、哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)采用了倒梯形過(guò)渡段［6-7］，而武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)采用了正梯形過(guò)渡段，到底采用哪種形式更加合理呢?筆者推薦倒梯形過(guò)渡段的形式，理由如下。

表1 不同規(guī)范對(duì)路橋過(guò)渡段的設(shè)計(jì)要求

圖1 正梯形和倒梯形過(guò)渡段示意

(1)倒梯形過(guò)渡段大部分的優(yōu)質(zhì)填料位于路基面位置，鐵路路基分為基床表層、基床底層和基床以下3部分，填料的品質(zhì)也是自上而下逐步減弱，上部因受到動(dòng)荷載的作用填料最好，而倒梯形過(guò)渡段的大量品質(zhì)較好填料位于基床范圍，符合路基填料設(shè)計(jì)理念。

(2)同樣尺寸(高度、長(zhǎng)邊和短邊的長(zhǎng)度均相同)的正梯形和倒梯形過(guò)渡段，正梯形由于其長(zhǎng)邊位于下部，路基寬度大，工程數(shù)量較倒梯形多20% ～30%。

(3)從施工過(guò)程來(lái)看，過(guò)渡段的填料品質(zhì)要求比較高，過(guò)渡段填料絕大部分情況下需要統(tǒng)一場(chǎng)制，集中填筑，其填筑多數(shù)安排在一般填料填筑完成后，留下過(guò)渡段的缺口。這個(gè)缺口，對(duì)于倒梯形的過(guò)渡段，可以比較方便地預(yù)留出來(lái)(沿圖中AB預(yù)留)，而對(duì)于正梯形的過(guò)渡段，缺口是不可能按照?qǐng)D中CD預(yù)留的，只能按照倒梯形的方式預(yù)留(沿圖中EF預(yù)留)，這樣中間形成一個(gè)U形缺口(CDEF)，這個(gè)缺口的填筑，就是二次過(guò)渡的部分，對(duì)于200 km/h以上的線(xiàn)路，規(guī)范對(duì)二次過(guò)渡填料和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)提出了明確要求，還需要按照規(guī)范要求再次填筑?？梢?jiàn)倒梯形過(guò)渡段更加方便施工。

4 過(guò)渡段橫斷面設(shè)計(jì)

關(guān)于過(guò)渡段的橫斷面設(shè)計(jì)，僅在《新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中涵洞過(guò)渡段有所體現(xiàn)，即采用包心填筑，此橫斷面設(shè)計(jì)最早出現(xiàn)在秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，以路肩寬度分界，內(nèi)部1∶1采用級(jí)配碎石填筑，外側(cè)1∶1～1∶1.5的范圍仍采用普通填料，見(jiàn)圖2。

圖2 過(guò)渡段橫斷面包心填筑斷面

包心填筑中頂部最小寬度該如何取值?有砟軌道路基一般是取路肩寬度，其寬度為0.8～1.0 m，但對(duì)于無(wú)砟軌道路基，此問(wèn)題規(guī)范上沒(méi)有明確說(shuō)明。如果按照路肩的概念，從軌道板基礎(chǔ)外邊緣到路肩，寬度達(dá)2.7 m，這樣級(jí)配碎石頂面寬度將大大小于同等級(jí)的有砟軌道，其合理性需要進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。實(shí)際設(shè)計(jì)中，大部分設(shè)計(jì)的無(wú)砟軌道“路肩寬度”按照同等級(jí)的有砟軌道的路肩寬度取值。

5 規(guī)范要求20 m最小長(zhǎng)度的問(wèn)題

時(shí)速200 km以上客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)過(guò)渡段長(zhǎng)度要求不小于20 m，如果按照公式計(jì)算出來(lái)的長(zhǎng)度不足20 m，該如何處理呢?

以《新建時(shí)速300～350 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》倒梯形過(guò)渡段為例，過(guò)渡段的長(zhǎng)度計(jì)算公式為:

式中 L——過(guò)渡段長(zhǎng)度;

a——常數(shù);

H——橫向構(gòu)筑物后路基高度;

h——橫向構(gòu)筑物頂至路肩高度;

n——過(guò)渡段縱向坡率。

為了增加過(guò)渡段的長(zhǎng)度，可以增大a值或者放緩坡度n，直接加大a取值，工程數(shù)量增大明顯;放緩坡度，長(zhǎng)度增加較快，數(shù)量增加不明顯。

實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，推薦取a=5，n=4進(jìn)行計(jì)算，如長(zhǎng)度仍不足，則調(diào)整a值，使L滿(mǎn)足20 m。不可固定L和a調(diào)整坡度n，導(dǎo)致過(guò)渡效果不均。

6 相鄰過(guò)渡段搭界問(wèn)題

《新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》6.1.11規(guī)定，“兩涵之間以及橋臺(tái)尾與涵之間的凈距離不宜小于30 m”，而《新建時(shí)速300～350 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》4.6.1-1則要求過(guò)渡段長(zhǎng)度不小于20 m，對(duì)于中心距離小于40 m的橋涵，將出現(xiàn)兩個(gè)相鄰過(guò)渡段重疊的問(wèn)題，即使不重疊，間距過(guò)小，剩余的一般填料頂寬太小，從施工角度來(lái)看，也是無(wú)法填筑的。如何處理過(guò)渡段邊緣距離過(guò)小甚至重復(fù)搭接的問(wèn)題［8-9］，經(jīng)綜合考慮填料剛度的過(guò)渡、施工的難度，可采用如下的處理方式:

當(dāng)過(guò)渡段凈間距大于30 m時(shí)，按照正常填筑;

當(dāng)過(guò)渡段凈間距大于10 m小于30 m時(shí)，基床底層采用與過(guò)渡段相同填料填筑;

當(dāng)過(guò)渡段凈間距小于10 m時(shí)，兩過(guò)渡段之間填料均采用與過(guò)渡段相同的填料填筑。見(jiàn)圖3。

圖3 相鄰過(guò)渡段間距較小的填筑方式(單位:m)

7 位于挖方的過(guò)渡段

《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)無(wú)砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南》［10］首次提出了“挖方橋臺(tái)過(guò)渡段”的設(shè)計(jì)，實(shí)際上山區(qū)挖溝底地段設(shè)置在挖方中的涵洞也是常有的，其設(shè)計(jì)原則視相鄰路塹的巖性而定，弱風(fēng)化的硬質(zhì)巖采用混凝土回填基坑，其余地層除回填基坑外，還需要設(shè)置20 m長(zhǎng)度的過(guò)渡段［11］。橋臺(tái)與土質(zhì)路塹的過(guò)渡段示意見(jiàn)圖4。

圖4 挖方橋臺(tái)過(guò)渡段設(shè)計(jì)(單位:m)

8 施工順序?qū)е碌奶罘竭^(guò)渡段變成挖方過(guò)渡段

旅客地道屬于站后工程，一般在站前工程施工時(shí)尚未開(kāi)標(biāo)，但因架梁通道需要，路基需要全線(xiàn)貫通，實(shí)際施工中一般先通長(zhǎng)填土碾壓，待架梁完成后，再來(lái)開(kāi)挖地道和填筑兩側(cè)的過(guò)渡段［12］。此時(shí)過(guò)渡段的情況同正常施工路基填筑有所不同，由于填土為一次大面積碾壓形成的，壓實(shí)質(zhì)量控制較好，若仍按照較緩坡度開(kāi)挖，廢棄土石方較多，因此按照規(guī)范的最陡邊坡1∶2開(kāi)挖，既減少了開(kāi)挖土石方的數(shù)量和級(jí)配碎石回填的數(shù)量，同時(shí)加快了工期。如圖5所示。

圖5 站內(nèi)填方過(guò)渡段因工序安排變?yōu)橥诜竭^(guò)渡段

9 站內(nèi)過(guò)渡段

站內(nèi)多股道并列，旅客地道穿越高速鐵路無(wú)砟軌道，高速鐵路有砟軌道，普速線(xiàn)等不同等級(jí)的線(xiàn)路，還有站臺(tái)下填土，其橫斷面設(shè)計(jì)是個(gè)難以取舍的難題，分述如下。

(1)兩臺(tái)四線(xiàn)的中間站，正線(xiàn)和相鄰的到發(fā)線(xiàn)按照相同的標(biāo)準(zhǔn)處理，站臺(tái)填土下部不設(shè)過(guò)渡段，見(jiàn)圖6。

圖6 兩臺(tái)四線(xiàn)的中間站過(guò)渡段橫斷面設(shè)計(jì)(單位:m)

(2)股道多、形式復(fù)雜的車(chē)站

正線(xiàn)和相鄰的到發(fā)線(xiàn)按照相同的標(biāo)準(zhǔn)處理，被站臺(tái)分隔開(kāi)的普速線(xiàn)按照普速線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)處理，站臺(tái)下部按照普速線(xiàn)處理。見(jiàn)圖7。

(3)挖方地段的地道過(guò)渡段

圖7 股道眾多的車(chē)站橫斷面設(shè)計(jì)(單位:m)

位于挖方的車(chē)站不少見(jiàn)，此時(shí)站內(nèi)地道處于挖方范圍內(nèi)，其過(guò)渡段的設(shè)置比照前述第7條的設(shè)置原則，此處以弱風(fēng)化泥灰?guī)r為例，處于此種較好地層中的過(guò)渡段不需放坡開(kāi)挖，而是采用素混凝土回填開(kāi)挖線(xiàn)與地道結(jié)構(gòu)之間的空隙，避免空隙處回填其他填料形成軟硬不均的狀況。見(jiàn)圖8。

圖8 挖方地段地道兩側(cè)過(guò)渡段設(shè)計(jì)

10 剛構(gòu)橋過(guò)渡段

剛構(gòu)橋同一般的標(biāo)準(zhǔn)雙線(xiàn)橋梁相比，形式上非常靈活，必須引起設(shè)計(jì)者的足夠重視，由于過(guò)渡段設(shè)計(jì)和橋梁設(shè)計(jì)分屬不同專(zhuān)業(yè)，剛構(gòu)橋的特殊性往往被其他專(zhuān)業(yè)所不知，導(dǎo)致橋和過(guò)渡段設(shè)計(jì)相互脫離，以鞍山站運(yùn)糧河中橋?yàn)槔摌驗(yàn)槲鍢蚱呔€(xiàn)，位于曲線(xiàn)上，平面布置見(jiàn)圖9，此類(lèi)過(guò)渡段一定要結(jié)合具體橋梁設(shè)計(jì)單獨(dú)設(shè)計(jì)。

圖9 站內(nèi)剛構(gòu)橋平面布置

11 立交框構(gòu)兩側(cè)的過(guò)渡段設(shè)置

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)進(jìn)入樞紐范圍，從既有線(xiàn)邊緣通過(guò)，既有公路立交框構(gòu)進(jìn)行了接長(zhǎng)，此時(shí)兩側(cè)的過(guò)渡段如何設(shè)置?如果從框構(gòu)下部開(kāi)始開(kāi)挖，工程數(shù)量大，也會(huì)影響既有線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)安全，此時(shí)與橋梁專(zhuān)業(yè)深入結(jié)合顯得尤為重要。為了施工安全，橋梁專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)中，在框構(gòu)兩側(cè)設(shè)置了灌注樁臨時(shí)防護(hù)措施，過(guò)渡段設(shè)計(jì)考慮將灌注樁和框構(gòu)之間采用片石混凝土回填，原地面以上填筑過(guò)渡段要求的填料(樁外土體未受擾動(dòng)，不再換填處理)，如果地面至路肩高度不足基床厚度，則下挖至基床厚度，靠近既有線(xiàn)側(cè)需采取臨時(shí)防護(hù)措施，保證開(kāi)挖安全，橫縱斷面如圖10所示。

圖10 既有線(xiàn)框構(gòu)接長(zhǎng)處過(guò)渡段設(shè)計(jì)(單位:m)

12 結(jié)語(yǔ)

過(guò)渡段屬于不同結(jié)構(gòu)的結(jié)合部，在保證行車(chē)高速、安全、舒適方面意義重大。橋涵和路基分屬不同的專(zhuān)業(yè)，存在著專(zhuān)業(yè)接口問(wèn)題，而接口問(wèn)題恰恰是客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)設(shè)計(jì)比較薄弱的環(huán)節(jié)，容易發(fā)生設(shè)計(jì)遺漏和結(jié)合不利的問(wèn)題，從本文可見(jiàn)，雖然過(guò)渡段已經(jīng)廣泛采用，但仍存在著一些需要進(jìn)一步探討和深化的問(wèn)題，筆者列舉了工作中常見(jiàn)的問(wèn)題，并提出了處理方法，愿與同仁就此類(lèi)問(wèn)題共同探討。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［2］ 茅梅花.路橋過(guò)渡段的施工方法［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009(11):47.

［3］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)函［2005］285號(hào) 新建時(shí)速200 km客貨共線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2005］140號(hào) 新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［5］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2007］47號(hào) 新建時(shí)速300～350 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［6］ 尹建勛，劉揚(yáng).秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路橋過(guò)渡段級(jí)配砂礫石填筑技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2001(10):48-50.

［7］ 鄒振華.秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路橋過(guò)渡段施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2001(10):13-14.

［8］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［9］ 徐玲芝.時(shí)速200 km/h客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)過(guò)渡段施工技術(shù)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(S1).

［10］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)函［2005］754號(hào) 客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)無(wú)砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南 鐵建設(shè)函［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［11］羅強(qiáng)，蔡英.高速鐵路路橋過(guò)渡段變形限值與合理長(zhǎng)度研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000(6):2-4.

［12］劉彬.鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)過(guò)渡段施工技術(shù)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(12):12-16.

Common Problems and Solutions in Transition Section Design of Railway Subgrade

ZHENG Xin-ming1，ZHANG Shi-jie2，TANG Guang-hui2， JI Wen-li2
(1.Project Administration Center，China Railway Corporation，Beijing 100844，China;2.China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Beijing 100055，China)

Regarding the most commonly-used transition sections between subgrade and bridge as well as between subgrade and culvert，this thesis analyzes a series of issues in the designs of the transition sections，such as the selection of transition form，cross-section type，minimum length，crossing or overlapping，earth excavation transition section，station transition section，special structure transition section and so on.And then，the corresponding solution schemes are proposed.

railway subgrade;transition section;design;common problems;solutions

U213.1

A

1004-2954(2013)10-0044-04

2013-01-29;

2013-03-05

鄭心銘(1975—)男，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院交通土建專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士;2005年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁與隧道專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士。